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摘要：LED作为铁路信号机构的光源体,已经成为在线运用铁路信号的组成部分。铁路信号灯是铁路交通中直接关乎行车安全的系统设备，传统的铁路信号灯使用钨丝灯做光源，发光效率低，使用寿命短，维护成本高，已和现代铁路交通的发展不相适应。鉴于LED具有寿命长、光效高，免维修、安装施工方便等优点，被用作为铁路信号系统当中的光源体，目前成了实时应用铁路先好的构成单元。
关键词：铁路信号；制造；展望
我国铁路一直采用以白炽灯泡为光源的色灯信号机，虽然白炽灯价格低廉，但其缺点是：光源的可靠性较差，易发热，寿命短，消耗能量大，现在使用25W白炽灯泡，使用有效功率不足七分之一左右，其百分之九十电能白白浪费。固体发光材料的研究，给信号机中的光源带来了新的机遇，LED就是其中一种。LED灯具是由无毒的材料做成，不会造成污染，也可以回收再利用，还具备无闪烁、适用性强、稳定性高、响应时间短等特点，只要设计使用合理，同样具有可靠的故障安全特性。LED是一种比较被广泛运用的新型固体发光体，运用在铁路信号系统当中的发光体。由于其需要进行维护检修的工作量较少、投入成本少，被工作人员广泛接受，并且由此被迅速的使用，替代了以前的白炽灯在铁路信号系统当中的运用。然而铁路信号系统是铁路行车的指标，LED发光体大范围的普及运用依然是有着许多的技术难题，需要进一步的研究探索。为了实际的阐述LED发光体的特性优点，应当从基础了解LED的制作流程开始，探究目前构建的LED铁路信号系统维检修的重要性，研究铁路信号系统发光体怎么顺应LED技术的迅速发展。
一、LED生产制造过程
目前，大多选用AlGaInp（磷铟镓铝）四元的化合物来制作红光与黄光的LED发光体，选用InGaN（氮化镓铟）三元化合物制作绿光与蓝光的LED发光体，选取InGaN蓝光街上荧光物质转变成白光LED。国内外通常是先生长N型物质，然而N型与P型物质的异同，即是InP（磷化铟）、GaP（磷化镓）、AlP（磷化铝）此三个二元化合物进行雾化的比重不一样。当N型物质生长厚度满足设计要求时，制作量子阱，用来增强发光功率，然后再进行P型物质料生长。P型物质也结束生长时，PN结出现。PN结的结构确定了自由电子在产生电子跃迁当中会损失掉的能量。然而电子损失掉的能量又以红光或者黄光波长的能带宽度散射出去，构成能够被人眼捕捉的可见红光与黄光。绿光与蓝光LED的制作流程和红光与黄光LED的制作流程上大体一样，仅仅只是底层物质多使用了Al2O3（蓝宝石），在底层上先生长出一层低温GaN（氮化镓）外延层，然后再生长N型GaN，之后制作InGaN量子阱发光层，再进行P型GaN生长，最后长出一个GaN薄层。近年，国内LED生产行业有了良好的进步，然而和国外的技术先进LED生产企业比较，也只是获得了数目上的领先，生产的LED发光体质量还有着很大差距。其主要表现在如4个层面：
1、外延技术。根据以上流程的简述能够知道，外延技术的能力在一定意义上确定了LED发光体的性质与质量。所以，LED的开发与制作人员将外延技术称为外延艺术，然而国内的外延技术还是有待进一步的研发。
2、在外延生长当中运用的核心物质的质量，仍然不能到国外先进生产企业所使用物质的层次。
3、电极和芯片的衔接材料与超声波压力焊接的技术，和国外先进生产企业存在很大的距离。
4、封装物质与封装技术，和国外先进生产企业比较，仍然达不到产品长时间使用的要求。
以上阐述的不足决定了国内生产的LED发光体质量依然是在相对比较低的层次。但一部分LED铁路信号系统的生产企业，常常却又拿世界先进生产企业的尖端产品以及平均使用时间来检验LED铁路信号系统的可行性，因此令生产商的预期值和产品的显示性能之间存在很大的差距。
二、现场运用中存在的问题
1、目前国家对LED产品的质量控制,还没有形成严格的管理体系,致使国产LED市场混乱,质量差异过于悬殊。同一品种的产品灾变性失效和参数失效都不尽相同,尤其是参数失效差异更大。
2、冷光源存在的弊病,LED也同样存在,即发光强度随环境温度的上升而急剧下降。
3、大部分LED产品,其发光颜色随照射方向偏离光轴角度的变化而变化。体现在色品坐标中,不但变化大,而且没有规律。
4、环境温度的变化,不但影响LED的发光强度,而且影响其发光颜色,尤其是铁路信号保障行车安全的红色和黄色,其伴随性更强。这种伴随性取决于外延技术和关键材料的品质。国产相当比重的产品,其保持发光颜色的能力,甚至达不到室内环境下的标准要求,那么在室外环境温度变化的条件下,其色品变化将有更大的反应。
5、目前LED铁路信号机构多采用集成组合方式,致使部分区域LED的结温上升,结温升高不但导致LED的有效寿命下降,而且使发光颜色随其线性变化。LED存在色品的漂移,而且可以推算出色品漂移有相当宽的幅度。品质优良的LED尚且如此,那么品质一般的LED结温对发光颜色产生的影响将更加劣化。
6、目前国内、外LED的生产工艺水平,还不能做到同一批次产品达到一致的光学标准。生产厂商只有通过简易光学测试进行筛选,来实现基本的一致性。由此而成的LED信号光源体,其颜色和发光强度的漂移必将影响LED铁路信号机构的光学质量。
7、由铁道行业标准认可的2种结构形式的LED铁路信号,现在已有多个厂家参与制造,LED发光体的采购由生产厂家各自进行。由于缺乏对原材料质量的技术管理和行政管理,产品的运用质量难以保证。同时,各生产厂家的出厂检验,由于都没有配备既符合专业特点,又具有一定精度的测试设备,所以由其生产的LED铁路信号机构的光学品质检验方法和检验标准,没有根据LED光源的特点进行规范,多数仅以简易的测试作为出厂检验依据。
8、现场维修单位,目前需要可以具体操作的维护标准和养护维修的检测手段,这在我们走访的多个电务段、车间和信号工长群体中,意见比较集中。他们目前组织生产也只是测量供电电压和瞭望,这样对LED铁路信号机构光学品质的检查责任没有落实,建议无论是电务段还是车间,应当成立专业的维修工区,配置专用仪器仪表。因此,尽快研制可普及、高水准、高效率的铁路信号机构测试设备作为检测手段,并以此为技术支撑制定LED铁路信号机构的上道管理规则和养护维修规则,是我们当前较为紧迫的任务,否则LED铁路信号机构的显示质量,有处于失控局面的可能。
三、未来LED信号的展望
近年来LED技术发展的速度异常迅猛，发光效率已经达到白炽灯的10倍；商用价格也在降低，相同光通量的LED价格降低50％。这些成就，使我们感到铁路信号机构的实质性更新，正向我们悄然逼近。LED的光效虽然已经很高，但InGaN加荧光材料的白光LED光衰指数因现用荧光材料的不稳定，而处于较低的水平。但可以断定的是，在众多人的努力下，这个问题的解决指日可待。目前LED铁路信号机构的使用方式，并没有发挥其节能的优势，全国数千万个铁路信号灯位，每天的耗电量相当于一个中型热电厂的发电量。如果用现代单片机技术作为频率识别和运行状况的监督，用抗干扰频率电源供电，重新设计铁路信号点灯电路，这样不但解决灯丝监督和抗干扰问题，而且即使按最低的换算指数，也可以节约电能50％以上。
总之，LED发光技术在铁路信号当中应用的探究与实际作用都是非常大的。然而我国的生产制作水平仍然不足，有待进一步的研发，使我国的LED生产制作水平能够达到世界先进水平从而更好的为我国的铁路信号系统做贡献。
参考文献：
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